JP2006261472A - 熱輸送装置、電子機器及び熱輸送装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
製造コストを低減することができる熱輸送装置、これを搭載した電子機器及び熱輸送装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】
熱輸送装置１０は、中央板材３、スペーサ２及び４、側板材１及び５、吸熱部を構成するクラッド材６及び放熱部を構成するクラッド材７が貼り合わされて構成されている。スペーサ２及び４にそれぞれ形成された開口２ａ及び４ａが、作動流体の流路となる。これにより、従来のように、フォトリソ等の微細加工技術によらずに形成することができるので、製造コストを抑えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、作動流体の相変化により吸熱し及び放熱する熱輸送装置、これを搭載した電子機器及びその熱輸送装置の製造方法に関する。

ＰＣ（Personal Computer）等の電子機器を冷却するために、その電子機器の発熱部から発生する熱を放熱部に輸送するデバイスとして、従来からヒートパイプやＣＰＬ（Capillary Pumped Loop）等が用いられている。これらの熱輸送デバイスは、電子機器の高温の発熱部で発生する熱によって蒸発した気相の作動流体が、低温の放熱部へ移動し、その放熱部で凝縮して液体になって熱を放出するものであり、これにより、発熱体が冷却される。

ヒートパイプは、銅等の金属でなるパイプ状のコンテナに冷媒となる作動流体が収容され、パイプ内部に設けられた毛細管力を発生させるウィックによって作動流体にポンプ力を発生させている。

ＣＰＬはヒートパイプの原理を用いた熱輸送装置で、その形状はパイプ状のものに限られない。例えば、ＣＰＬには、蒸発器と凝縮器とが物理的に分離され、蒸発器と凝縮器とが、気相の作動流体が流通する気相管と液相の作動流体が流通する液相管とによって接続された装置がある（例えば、特許文献１参照。）。あるいは、例えばシリコン基板に作動流体の流路となる溝等を形成して、そのシリコン基板とガラス基板とを貼り合わせ、プレート型で一体型のＣＰＬも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００４−８５１８６号公報（段落[００２５]、図１） 特開２００４−４４９１６号公報（段落[００１３]、図１）

しかしながら、上記特許文献１や２に記載の装置では、シリコン基板及びガラス基板等が用いられているため、材料費が高く、コスト高になるという問題がある。特に、シリコン基板にウィック用の溝を形成する場合、フォトリソグラフィやレーザ加工等の微細加工技術を要するため、安価に製造することが難しい。

また、熱輸送装置がポータブルな電子機器に搭載される場合には、小型化、薄型化が要求される。しかし、そのようにガラス基板を用いる場合には、薄型化等には限界がある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、製造コストを低減することができる熱輸送装置、これを搭載した電子機器及び熱輸送装置の製造方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、小型化または薄型化を実現することができる熱輸送装置、これを搭載した電子機器及び熱輸送装置の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る熱輸送装置は、第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面と、前記第１の面から前記第２の面にかけてそれぞれ設けられた作動流体の第１及び第２の流路とを有する第１の板材と、前記第１の流路の近傍に設けられ前記作動流体の蒸発作用により熱を吸収する吸熱部と、前記第２の流路の近傍に設けられ前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する放熱部とを有し、前記第１及び第２の面側から前記第１の板材を挟むように該第１の板材に接合された熱交換部材と、前記第１の面と前記熱交換部材との間に設けられ、前記吸熱部で蒸発した前記作動流体を前記第１の面に沿って前記放熱部へ流通させるための第３の流路と、前記第２の面と前記熱交換部材との間に設けられ、前記放熱部で凝縮した前記作動流体を前記第２の面に沿って前記吸熱部へ流通させるための第４の流路とを具備する。

本発明では、第１及び第２の流路を有する第１の板材の第１及び第２の面、つまり両面から挟むように熱交換部材が設けられ、第１の面と熱交換部材との間及び第２の面と熱交換部材との間に、第３及び第４の流路がそれぞれ設けられている。すなわち、第３及び第４の流路等は、第１の板材と熱交換部材との接合によって形成されるものであり、微細加工技術によらずに形成することができるので、製造コストを抑えることができる。また、第１の板材と熱交換部材の貼り合わせにより、第３及び第４の流路が形成されるので従来の流路とは比較にならないほど、第３及び第４の流路の流路体積を大きくすることができる。したがって、その分作動流体の流量を多くでき、熱輸送能力を高めることができる。さらにそのように熱輸送能力を高めることができる分、熱輸送装置を薄型化または小型化しても所望の熱輸送能力を発揮することができる。

第１及び第２の流路は、例えば第１の板材に形成された１つの穴や、微細な複数の穴等によって構成されてもよい。あるいは後述するように多孔質体で構成されてもよい。

本発明の一の形態によれば、前記第１及び第２の流路のうち少なくとも一方は、前記作動流体を毛細管力により保持する。これにより、吸熱部及び放熱部のうち少なくとも一方の近傍で作動流体を保持しておくことができ、確実に熱輸送装置を動作させることができる。

本発明の一の形態によれば、当該熱輸送装置は、前記第１及び第２の流路のうち少なくとも一方を構成する多孔質体をさらに具備する。多孔質体とはメッシュ状のものも含む意味である。

本発明の一の形態によれば、前記熱交換部材は、前記吸熱部及び前記放熱部が配置される第２の板材と、前記第２の板材と反対側に設けられた第３の板材とを有する。これにより、熱交換部材を極力薄くすることができ、熱輸送装置の薄型化または小型化を実現することができる。吸熱部及び放熱部の配置は、そのような形態に限られず、例えば、第２の板材に吸熱部が配置され、第３の板材に放熱部が配置される形態も考えられる。

本発明の一の形態によれば、前記第２の板材は、前記第１の面に対面する第３の面と、前記第３の面と反対側の第４の面と、前記第３の面から前記第４の面にかけて貫通した開口とを有するスペーサと、前記開口を塞ぐように、前記第４の面側から前記スペーサに接合された蓋部材とを有する。これにより、スペーサの開口の面積が流路の広さに対応することになり、スペーサの厚さが流路の厚さ（深さ）となる。したがって、例えば熱輸送装置の製造過程において、開口の面積やスペーサの厚さが適宜設定されることで、第３の流路の流路体積を変えることができる。

第３の板材も、第２の板材と同様の構成を有していてもよい。すなわち、前記第３の板材は、前記第２の面に対面する第５の面と、前記第５の面と反対側の第６の面と、前記第５の面から前記第６の面にかけて貫通した第２の開口とを有する第２のスペーサと、前記第２の開口を塞ぐように、前記第６の面側から前記スペーサに接合された第２の蓋部材とを有する。

本発明の一の形態によれば、前記吸熱部及び前記放熱部のうち少なくとも一方は、クラッド材を有する。クラッド材を構成する複数の材料が適宜選択されることにより、前記吸熱部での吸熱効率、または放熱部での放熱効率を高めることができる。

本発明の一の形態によれば、前記第１の板材及び熱交換部材は同じ材料でなる。これにより、製造コストの面からも好適であり、熱伝達の効率もよい。また、熱輸送装置の製造過程においても、第１の板材と熱交換部材との接合が容易になり、歩留まりの向上が期待できる。特に、前記第１の板材及び熱交換部材としてステンレスが用いられることにより、コスト低減及び製造が容易となるだけはない。第１の板材等と作動流体との化学反応によって第１の板材等が腐食したり、その反応によって不要なガスが発生したりするといった問題も解決することができる。

本発明の一の形態によれば、前記第１の板材、熱交換部材及び前記多孔質体は同じ材料でなる。本発明についても上記同様、製造コストの面からも好適であり、熱伝達の効率もよい。また、前記第１の板材、熱交換部材及び前記多孔質体はステンレスを用いることが好ましい。

本発明の一の形態によれば、前記第３及び第４の流路は、第１の平面内で前記作動流体を流通させる第１の部分と、前記第１の平面とは平行ではない第２の平面内で前記作動流体を流通させる第２の部分とをそれぞれ有する。これにより、例えば熱輸送装置が搭載される電子機器側の当該熱輸送装置の配置スペースや、当該電子機器が持つ発熱体の配置等の制約に対応することができる。

本発明に係る電子機器は、発熱体と、第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面と、前記第１の面から前記第２の面にかけてそれぞれ設けられた作動流体の第１及び第２の流路とを有する第１の板材と、前記第１の流路の近傍に設けられ前記作動流体の蒸発作用により前記発熱体の熱を吸収する吸熱部と、前記第２の流路の近傍に設けられ前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する放熱部とを有し、前記第１及び第２の面側から前記第１の板材を挟むように該第１の板材に接合された熱交換部材と、前記第１の面と前記熱交換部材との間に設けられ、前記吸熱部で蒸発した前記作動流体を前記第１の面に沿って前記放熱部へ流通させるための第３の流路と、前記第２の面と前記熱交換部材との間に設けられ、前記放熱部で凝縮した前記作動流体を前記第２の面に沿って前記吸熱部へ流通させるための第４の流路とを具備する。

本発明では、第３及び第４の流路等は、第１の板材と熱交換部材との接合によって形成されるので、微細加工技術を要せず、熱輸送装置及び電子機器の製造コストを低減できる。また、流路体積を大きくできるので、熱輸送能力を高めることができる。さらにそのように熱輸送能力を高めることができる分、熱輸送装置を薄型化または小型化しても所望の熱輸送能力を発揮することができるとともに、電子機器も薄型化等を実現することができる。

発熱体としては、例えばＩＣ（Integrated Circuit）や抵抗等の電子部品、あるいは放熱フィン（ヒートシンク）等が挙げられるが、これらに限られず発熱するものなら何でもよい。電子機器としては、コンピュータ（パーソナルコンピュータの場合、ラップトップ型であっても、デスクトップ型であってもよい。）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、電子辞書、カメラ、ディスプレイ装置、オーディオ／ビジュアル機器、携帯電話、ゲーム機器、その他の電化製品等が挙げられる。

本発明に係る熱輸送装置の製造方法は、作動流体の蒸発作用により熱を吸収する吸熱部と、前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する放熱部とを備える熱輸送装置の製造方法であって、第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面と、前記第１の面から前記第２の面にかけてそれぞれ設けられた前記作動流体の第１及び第２の流路とを有する第１の板材に、前記第１の面側から第２の板材を接合することにより、前記吸熱部で蒸発した前記作動流体を前記第１の面に沿って前記放熱部へ流通させる第３の流路を形成する工程と、前記第１の板材に、前記第２の面側から第３の板材を接合することにより、前記放熱部で凝縮した前記作動流体を前記第２の面に沿って前記吸熱部へ流通させる前記第４の流路を形成する工程とを具備する。

本発明では、第１の板材に、第２及び第３の板材を挟むように接合しているので、微細加工技術を要せず、熱輸送装置の製造コストを低減でき、また製造が容易になる。

本発明の一の形態によれば、前記第３及び第４の流路を形成する工程のいずれの工程よりも前に、前記第１の面から前記第２の面に貫通する第１及び第２の開口を前記第１の板材に形成する工程と、前記第１及び第２の開口のうち少なくとも一方に、前記第１または第２の流路を構成する多孔質体を嵌め込む工程とをさらに具備する。

本発明の一の形態によれば、前記第２の板材に、前記吸熱部の一部または全部を構成するクラッド材を接合する工程をさらに具備する。あるいは、本発明の一の形態によれば、第２の板材に、前記放熱部の一部または全部を構成するクラッド材を接合する工程をさらに具備する。あるいは、第３の板材に放熱部の一部または全部を構成するクラッド材を接合する工程をさらに具備していてもよい。

本発明の一の形態によれば、前記第１の流路を形成する工程は、電子ビーム溶接、レーザビーム溶接、または熱拡散接合により、前記第１の板材の第１の面側から前記熱交換部材を接合する工程を有する。第２の流路を形成する工程において、第１の板材の第２の面側から第３の板材を接合する工程についても、本発明と同様な方法により接合することができる。また、多孔質体を嵌め込む工程も、同様に、電子ビーム溶接、レーザビーム溶接、または熱拡散接合により、前記第１の板材に前記多孔質体を接合する工程を有していてもよい。

以上のように、本発明によれば、製造コストを低減することができ、小型化または薄型化を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る熱輸送装置を示す斜視図である。図２は熱輸送装置の分解斜視図であり、図３は模式的に示した熱輸送装置の断面図である。

熱輸送装置１０は、第１の側板材５、第１のスペーサ４、中央板材３、第２のスペーサ２、第２の側板材１、吸熱クラッド材６及び放熱クラッド材７が貼り合わされて構成されている。

図２に示すように、中央板材３には、表面３ｃから裏面３ｄにかけて、吸熱側に開口３ａ、及び放熱側に３ｂがそれぞれ形成されている。これらの開口３ａ及び３ｂには、多孔質体８及び９がそれぞれ嵌め込まれている。多孔質体８及び９は、それぞれステンレスでなり、例えばステンレスメッシュが用いられる。しかしこれに限られず、銅やアルミニウム等の金属で多孔質のもの、あるいは、セラミックスで多孔質のものを用いることができる。これらの多孔質体８及び９が、後述するように作動流体に毛細管力を発生させて、作動流体を保持することが可能となっている。

第１のスペーサ４は板状でなり、その表面４ｃから裏面４ｄにかけて、上記開口３ａや３ｂより面積の広い開口４ａが形成されている。第２のスペーサ２も同様に板状でなり開口２ａが形成されている。第２のスペーサ２の裏面２ｄと中央板材３の表面３ｃとが接合され、また、第２のスペーサ２の表面２ｃ側から第２の側板材１が接合されることにより、図３に示すように作動流体の流路１２が形成される。第１の側板材５は、中央板材３と同様に、吸熱側及び放熱側にそれぞれ開口５ａ及び５ｂが形成されている。第１のスペーサ４の表面４ｃと中央板材３の裏面３ｄとが接合され、また、第１の側板材５の表面５ｃと第１のスペーサ４の裏面４ｄとが接合され、さらに第１の側板材５の裏面５ｄ側から、開口５ａ及び５ｂをそれぞれ塞ぐように吸熱クラッド材６及び放熱クラッド材７が接合されている。これにより、図３に示すように、作動流体の流路１１が形成されるとともに、吸熱部１５で液相の作動流体が蒸発するための空間１５ａ及び放熱部１６で気相の作動流体が凝縮するための空間１６ａが形成される。第２の側板材１や、クラッド材６及び７等は、熱輸送装置１０の内部を密閉する蓋の機能を有している。

作動流体としては、例えば純水、エタノール、メタノール、アセトン、イソプロピルアルコール、代替フロン、アンモニア等が用いられる。

中央板材３は、例えばステンレスが用いられるが、その他、熱伝導率のよい銅またはアルミニウム等の金属であってもよい。第１の側板材５、第１のスペーサ４、第２のスペーサ２及び第２の側板材１も同様に、ステンレス、銅、アルミニウム等の金属が用いられる。特に、中央板材３、第１の側板材５、第１のスペーサ４、第２のスペーサ２及び第２の側板材１の部材について同じステンレス材料が用いられることが好ましい。これにより、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の発熱体１８（図３参照）からの熱の伝達効率を良くすることができる。その上、各部材と作動流体との化学反応によって各部材が腐食したり、その反応によって不要なガスが発生したりするといった問題も解決することができる。また、同じ材料を使うと、製造コストが抑えられる。

吸熱クラッド材６及び放熱クラッド材７は、例えば図３に示すように、内側にステンレス層６ｂ及び７ｂ、外側に銅層６ａ及び７ａの２層構造でそれぞれなっている。クラッド材６及び７は、発熱体１８及びヒートシンク１９等に最も近い部位となるので、例えばステンレス層６ｂより熱伝導率の高い銅層６ａがあるクラッド材が用いられることが好ましい。

吸熱側の多孔質体８は放熱側の多孔質体９よりも毛細管力が高くなるように設定することもできる。これにより、多孔質体９に保持された作動流体、あるいは流路１２の放熱側にある作動流体を、流路１２を介して確実に多孔質体８に引き込むことができる。

図３に示すように、例えば、中央板材３の厚さａ＝１．５ｍｍ程度、第１（または第２）のスペーサ４（または２）の厚さｄ＝０．５ｍｍ程度、第２の側板材１の厚さｂ＝０．２ｍｍ程度、第１の側板材５の厚さｅ＝０．５ｍｍ程度となっている。クラッド材６及び７の厚さ０．５ｍｍ程度となっており、ステンレス層６ｂ、７ｂが０．２ｍｍ程度、銅層６ａ、７ａが０．３ｍｍ程度の厚さとなっている。しかし、これらのような厚さに限られない。

以上のように構成された熱輸送装置１０の動作について説明する。

発熱体１８が発する熱は、吸熱クラッド材６を介して例えば多孔質体８により毛細管力で保持された作動流体や空間１５ａ等に存在する作動流体を蒸発させる。熱輸送装置１０の起動時（熱負荷の開始時）に空間１５ａに作動流体が存在するかどうかは、起動時の熱輸送装置１０の姿勢によるが、多孔質体８には必ず液相の作動流体が起動時に存在するので問題ない。蒸発した作動流体は、流路１１を矢印方向に流通し、放熱部１６で凝縮することにより、放熱クラッド材７を介してヒートシンク１９から放熱される。凝縮した作動流体は、放熱側の多孔質体９による毛細管力により保持される。多孔質体９により保持されている作動流体、あるいは流路１２にある作動流体は、多孔質体８の毛細管力によって、矢印方向に流路１２を流通し多孔質体８に引き込まれる。以上のような動作が繰り返されることで、発熱体１８の熱を放熱側へ輸送して発熱体１８を冷却することができる。

以上のように、本実施の形態に係る熱輸送装置１０は、板状の部材が貼り合わされて作動流体の流路１１及び１２が形成されている。これにより、従来のように、フォトリソ等の微細加工技術によらずに形成することができるので、製造コストを抑えることができる。また、板状の部材が貼り合わされて作動流体の流路１１及び１２が形成されていることから、従来とは比較にならないほど流路１１及び１２の流路体積を極力大きくすることができる。したがって、その分作動流体の流量を多くでき、熱輸送能力を高めることができる。さらにそのように熱輸送能力を高めることができる分、熱輸送装置を薄型化または小型化しても所望の熱輸送能力を発揮することができる。

つまり、従来では、例えばシリコン基板に溝を掘ることにより流路を形成していたが、流路体積を大きくするために流路を深くしようとすると、その分シリコン基板の厚さを厚くしなければならなかった。この点、本実施の形態に係る熱輸送装置１０は各部材の積層方向に、平板形状の流路１１及び１２が配列される構造とされているので、流路を広くすることができ、その結果、流路体積を大きくすることができる。

本実施の形態では、中央板材３に多孔質体８及び９が設けられる構成としたので、吸熱側及び放熱側で作動流体を保持しておくことができ、確実に熱輸送装置１０を動作させることができる。

本実施の形態では、中央板材３等の各部材にステンレス等の金属が用いられることにより、シリコンやガラスが用いられる場合に比べて薄型化または小型化することができ、さらに強度が高まるので、外的ショックにも強くなる。特に、薄型化しても強度を維持することができる。

次に、熱輸送装置１０の製造方法について説明する。図４は、その製造工程を示す図である。

図４（ａ）に示すように、中央板材３の開口３ａ及び３ｂにそれぞれ多孔質体８及び９が嵌め込まれ、例えば電子ビーム溶接、あるいはレーザビーム溶接等で接合される。

多孔質体８及び９が中央板材３に接合された後、図４（ｂ）に示すように、第１のスペーサ４及び第２のスペーサ２が、電子ビーム溶接、レーザビーム溶接、あるいは熱拡散接合等により接合される。熱拡散接合とは、金属部材同士を接触させ荷重をかけた状態で、各部材に熱を加えることにより接合する接合方法である。これは、金属同士の界面において互いの分子同士が結合して部材同士が接合されるため、板状の部材同士を、密閉性を維持しながら接合する場合に適している。

ここで、各スペーサ２及び４により流路１２及び１１が構成されているので、スペーサ２及び４の開口の面積が流路の広さに対応することになり、各スペーサ２及び４の厚さが流路の厚さ（深さ）となる。したがって、例えば熱輸送装置１０の製造過程において、開口の面積やスペーサ２等の厚さが適宜設定されることで、流路１１や１２の流路体積を変えることができる。

各スペーサ２及び４が中央板材３に接合された後、図４（ｃ）に示すように、第１の側板材５が第１のスペーサ４に接合され、また、第２の側板材１が第２のスペーサ２に接合される。この場合も、上記同様、電子ビーム溶接、レーザビーム溶接、あるいは熱拡散接合等により接合される。

各側板材１及び５が接合された後、図４（ｄ）に示すように、各クラッド材６及び７が第１の側板材５の開口５ａ及び５ｂをそれぞれ塞ぐように接合される。この場合も、上記同様、電子ビーム溶接、レーザビーム溶接、あるいは熱拡散接合等により接合される。

以上のように、本実施の形態に係る製造方法によれば、中央板材３に、各部材２、３、４、５を挟むように接合されるので、微細加工技術を要せずに流路１１及び１２を形成することができ、熱輸送装置１０の製造コストを低減できる上、製造が容易になり歩留まりが向上する。また、各部材３等の材料であるステンレス、銅、アルミニウム等の金属は加工等が容易であり、かつ、各部材を貼り合わせるだけで熱輸送装置１０を形成することができる。したがって、製造が容易になり、歩留まりの向上にもつながる。

図５は、本発明の他の実施の形態に係る熱輸送装置を示す断面図である。これ以降の説明では、上記実施の形態に係る熱輸送装置１０の部材や機能等について同様のものは説明を簡略または省略し、異なる点を中心に説明する。

この熱輸送装置２０は、吸熱クラッド材６が下部の側板材２５に接合され、放熱クラッド材７が上部の側板材２１に接合されて構成されている。このような各クラッド材６及び７の配置に対応して、下部の側板材２５の吸熱側には所定の空間を形成するための開口２５ａが設けられ、かつ、上部の側板材２１の放熱側にも同じく開口２１ａが形成されている。黒で示す矢印は、作動流体の流れる方向を示している。このような構成によっても、上記実施の形態と同様の効果が得られる。

図６は、さらに別の実施の形態に係る熱輸送装置を示す分解断面図である。

この熱輸送装置３０は、中央板材３、上部の側板材３１、下部の側板材３２、吸熱クラッド材６及び放熱クラッド材７を備え、４層構造でなる。各側板材３１及び３２には、凹部３１ａ及び３２ａがそれぞれ形成されている。これにより、各側板材３１及び３２が中央板材３に接合されたときに、上下に流路が形成される。このような構成によれば、部品数を減らしてさらにコストを低減することができ、また、一旦、各部材の金型が製造できてしまえば、製造も容易になる。

図７は、さらに別の実施の形態に係る熱輸送装置を示す分解斜視図である。

この熱輸送装置４０は、中央板材３、凹部４１ａを有する上部の側板材４１、凹部４２ａを有する下部の側板材４２を備え、３層構造でなる。下部の側板材４２には、上述のクラッド材が配置される部分４２ｂ及び４２ｃが突起するように設けられている。このような構成によっても、部品数を減らしてコストを削減でき、製造も容易になる。

図８は、さらに別の実施の形態に係る熱輸送装置を示す断面図であり、上部から見た図である。

本実施の形態では、熱輸送装置５０及び熱輸送装置６０が近接して設けられている。熱輸送装置５０は、多孔質体５４が配置された吸熱部５１、多孔質体５５が配置された放熱部５２、直線状の流路５３及び５６を備えている。一方、熱輸送装置６０は、多孔質体６４が配置された吸熱部６１、多孔質体６５が配置された放熱部６２、例えばＬ状に折れ曲がった流路６３及び６６を備えている。吸熱部５１と吸熱部６１は離れて配置され、放熱部５２と放熱部６２は近接して配置されている。

これら熱輸送装置５０及び６０は、上記実施の形態に係る熱輸送装置１０等と同様に、板状の部材が積層されて構成されている。したがって、熱輸送装置５０の流路５３及び５６は、その各部材の積層方向（図８中、紙面に垂直方向）にそれぞれ配置されている。上部の流路５３及び下部の流路６３のうち、下部の流路５６は、吸熱部５１で蒸発した作動流体を破線で示す矢印方向に流通させる。上部の流路５３は、放熱部５２で凝縮した作動流体を実線で示す矢印方向に流通させる。熱輸送装置６０も同様に、下部の流路６６は、吸熱部６１で蒸発した作動流体を破線で示す矢印方向に流通させる。上部の流路６３は、放熱部６２で凝縮した作動流体を実線で示す矢印方向に流通させる。

例えば図示しない複数の発熱体がある場合であって、それらの発熱体の位置が離れている場合に、このような熱輸送装置５０及び６０によって対応することができる。つまり、図示しない電子機器側の設計に対応するように熱輸送装置の形状等を設計することができる。

図９は、さらに別の実施の形態に係る熱輸送装置を示す斜視図である。

本実施の形態では、図８に示す熱輸送装置５０の流路の一部が垂直方向に折り曲げられて構成された熱輸送装置７０が、熱輸送装置６０と近接して配置されている。このような構成によれば、発熱体が立体的に複数配置されている場合に、有効である。

図１０は、熱輸送装置が、例えばＰＣのマザーボード等に設置された様子を示す平面図である。この例では、マザーボード３９に、例えば、ＣＰＵ用吸熱部８１、システムチップ用吸熱部８２、グラフィックチップ用吸熱部８３、１つの放熱部８４、流路８５、８６及び８７が備えられた熱輸送装置８０が設置されている。この熱輸送装置８０も、マザーボード３９に対して垂直方向に板状の部材が積層されて構成されている。

図１１は、さらに別の実施の形態に係る熱輸送装置を示す分解斜視図である。この熱輸送装置９０は、中央板材９３、多孔質体８及び９、スペーサ９２及び９４、側板材９１及び９５、クラッド材６及び７を備え、これら各部材は、垂直方向に折り曲げられている。このような構成によれば、図示しない電子機器の発熱側と放熱側が立体的に配置されている場合に有効である。

本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば上記各実施の形態に係る熱輸送装置の、作動流体を保持しておく手段としては多孔質体８等を用いている。しかし、例えば中央板材３自体の吸熱側及び放熱側に、作動流体に毛細管力を発生させるような細かい孔やメッシュがそれぞれ形成されていてもよい。

例えば、中央板材３等、熱輸送装置を構成する各部材の形状は、矩形でなくてもよく楕円板上や長丸状、その他種々の形状が考えられる。また、各部材の厚さや大きさ等も、上記実施の形態には限定されない。例えば図３に示した熱輸送装置１０が、左右方向にさらに長く形成されていてもよい。

上記各実施の形態に係る熱輸送装置の概念を適宜組み合わせることも可能である。

本発明の一実施の形態に係る熱輸送装置を示す斜視図である。 図１に示す熱輸送装置の分解斜視図であり、 図１に示す熱輸送装置の模式的な断面図である。 図１に示す熱輸送装置の製造工程を示す図である。 本発明の他の実施の形態に係る熱輸送装置を示す断面図である。 さらに別の実施の形態に係る熱輸送装置を示す分解断面図である。 さらに別の実施の形態に係る熱輸送装置を示す分解斜視図である。 さらに別の実施の形態に係る熱輸送装置を示す断面図である。 さらに別の実施の形態に係る熱輸送装置を示す斜視図である。 熱輸送装置が、マザーボード等に設置された様子を示す平面図である。 さらに別の実施の形態に係る熱輸送装置を示す分解斜視図である。

符号の説明

１…第２の側板材
２…第２のスペーサ
２ａ…開口
２ｄ…裏面
２ｃ…表面
２…第２のスペーサ
３…中央板材
３ｃ…表面
３ｄ…裏面
３ａ…開口
４…第１のスペーサ
４ｃ…表面
４ｄ…裏面
４ａ…開口
５…第１の側板材
５ａ…開口
５ｃ…表面
５ｄ…裏面
６…吸熱クラッド材
７…放熱クラッド材
８、９…多孔質体
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０…熱輸送装置
１１…流路
１２…流路
１５…吸熱部
１６…放熱部
１８…発熱体
１９…ヒートシンク

Claims (19)

1. 第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面と、前記第１の面から前記第２の面にかけてそれぞれ設けられた作動流体の第１及び第２の流路とを有する第１の板材と、
   前記第１の流路の近傍に設けられ前記作動流体の蒸発作用により熱を吸収する吸熱部と、前記第２の流路の近傍に設けられ前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する放熱部とを有し、前記第１及び第２の面側から前記第１の板材を挟むように該第１の板材に接合された熱交換部材と、
   前記第１の面と前記熱交換部材との間に設けられ、前記吸熱部で蒸発した前記作動流体を前記第１の面に沿って前記放熱部へ流通させるための第３の流路と、
   前記第２の面と前記熱交換部材との間に設けられ、前記放熱部で凝縮した前記作動流体を前記第２の面に沿って前記吸熱部へ流通させるための第４の流路と
   を具備することを特徴とする熱輸送装置。
2. 請求項１に記載の熱輸送装置であって、
   前記第１及び第２の流路のうち少なくとも一方は、前記作動流体を毛細管力により保持することを特徴とする熱輸送装置。
3. 請求項１に記載の熱輸送装置であって、
   前記第１及び第２の流路のうち少なくとも一方を構成する多孔質体をさらに具備することを特徴とする熱輸送装置。
4. 請求項１に記載の熱輸送装置であって、
   前記熱交換部材は、
   前記吸熱部及び前記放熱部が配置される第２の板材と、
   前記第２の板材と反対側に設けられた第３の板材と
   を有することを特徴とする熱輸送装置。
5. 請求項１に記載の熱輸送装置であって、
   前記熱交換部材は、
   前記吸熱部が配置される第２の板材と、
   前記第２の板材と反対側に設けられ、前記放熱部が配置される第３の板材と
   を有することを特徴とする熱輸送装置。
6. 請求項４に記載の熱輸送装置であって、
   前記第２の板材は、
   前記第１の面に対面する第３の面と、前記第３の面と反対側の第４の面と、前記第３の面から前記第４の面にかけて貫通した開口とを有するスペーサと、
   前記開口を塞ぐように、前記第４の面側から前記スペーサに接合された蓋部材と
   を有することを特徴とする熱輸送装置。
7. 請求項１に記載の熱輸送装置であって、
   前記吸熱部及び前記放熱部のうち少なくとも一方は、クラッド材を有することを特徴とする熱輸送装置。
8. 請求項１に記載の熱輸送装置であって、
   前記第１の板材及び熱交換部材は同じ材料でなることを特徴とする熱輸送装置。
9. 請求項８に記載の熱輸送装置であって、
   前記第１の板材及び熱交換部材はステンレスでなることを特徴とする熱輸送装置。
10. 請求項２に記載の熱輸送装置であって、
    前記第１の板材、熱交換部材及び前記多孔質体は同じ材料でなることを特徴とする熱輸送装置。
11. 請求項１０に記載の熱輸送装置であって、
    前記第１の板材、熱交換部材及び前記多孔質体はステンレスでなることを特徴とする熱輸送装置。
12. 請求項１に記載の熱輸送装置であって、
    前記第３及び第４の流路は、
    第１の平面内で前記作動流体を流通させる第１の部分と、
    前記第１の平面とは平行ではない第２の平面内で前記作動流体を流通させる第２の部分と
    をそれぞれ有することを特徴とする熱輸送装置。
13. 発熱体と、
    第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面と、前記第１の面から前記第２の面にかけてそれぞれ設けられた作動流体の第１及び第２の流路とを有する第１の板材と、
    前記第１の流路の近傍に設けられ前記作動流体の蒸発作用により前記発熱体の熱を吸収する吸熱部と、前記第２の流路の近傍に設けられ前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する放熱部とを有し、前記第１及び第２の面側から前記第１の板材を挟むように該第１の板材に接合された熱交換部材と、
    前記第１の面と前記熱交換部材との間に設けられ、前記吸熱部で蒸発した前記作動流体を前記第１の面に沿って前記放熱部へ流通させるための第３の流路と、
    前記第２の面と前記熱交換部材との間に設けられ、前記放熱部で凝縮した前記作動流体を前記第２の面に沿って前記吸熱部へ流通させるための第４の流路と
    を具備することを特徴とする電子機器。
14. 作動流体の蒸発作用により熱を吸収する吸熱部と、前記作動流体の凝縮作用により熱を放出する放熱部とを備える熱輸送装置の製造方法であって、
    第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面と、前記第１の面から前記第２の面にかけてそれぞれ設けられた前記作動流体の第１及び第２の流路とを有する第１の板材に、前記第１の面側から第２の板材を接合することにより、前記吸熱部で蒸発した前記作動流体を前記第１の面に沿って前記放熱部へ流通させる第３の流路を形成する工程と、
    前記第１の板材に、前記第２の面側から第３の板材を接合することにより、前記放熱部で凝縮した前記作動流体を前記第２の面に沿って前記吸熱部へ流通させる前記第４の流路を形成する工程と
    を具備することを特徴とする熱輸送装置の製造方法。
15. 請求項１４に記載の熱輸送装置の製造方法であって、
    前記第３及び第４の流路を形成する工程のいずれの工程よりも前に、
    前記第１の面から前記第２の面に貫通する第１及び第２の開口を前記第１の板材に形成する工程と、
    前記第１及び第２の開口のうち少なくとも一方に、前記第１または第２の流路を構成する多孔質体を嵌め込む工程と
    をさらに具備することを特徴とする熱輸送装置の製造方法。
16. 請求項１４に記載の熱輸送装置の製造方法であって、
    前記第２の板材に、前記吸熱部の一部または全部を構成するクラッド材を接合する工程をさらに具備することを特徴とする熱輸送装置の製造方法。
17. 請求項１４に記載の熱輸送装置の製造方法であって、
    第２の板材に、前記放熱部の一部または全部を構成するクラッド材を接合する工程をさらに具備することを特徴とする熱輸送装置の製造方法。
18. 請求項１４に記載の熱輸送装置の製造方法であって、
    前記第１の流路を形成する工程は、電子ビーム溶接、レーザビーム溶接、または熱拡散接合により、前記第１の板材の第１の面側から前記熱交換部材を接合する工程を有することを特徴とする熱輸送装置の製造方法。
19. 請求項１４に記載の熱輸送装置の製造方法であって、
    前記多孔質体を嵌め込む工程は、電子ビーム溶接、レーザビーム溶接、または熱拡散接合により、前記第１の板材に前記多孔質体を接合する工程を有することを特徴とする熱輸送装置の製造方法。

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